| 編者按 |

門捷列夫說過，“科學是從測量開始的”；“沒有測量，就沒有科學”。在長達四十多年的職業生涯中，Wolfgang Osten教授一直致力于光學計量和檢測技術研究。80年代，Osten教授與他的研究團隊開發了第一個對干涉圖進行定性和定量評估的自動化系統，并提出了用于高精度非球面和自由曲面測量的傾斜波干涉儀的原理，這兩項技術最終都實現了商業化。他的成果為光學檢測研究“照亮了道路”。

Osten教授和Light學術出版中心之間的淵源可追溯到2012年，當時他向Light: Science & Applications（Light）投稿并發表了第一篇論文[1]。隨后鑒于其對出版和期刊的熱情，其受邀加入Light編委會。2019 年，他作為共主編接受了一項新的挑戰——創辦新刊Light: Advanced Manufacturing（LAM）。

在這次采訪中，Osten教授將與我們分享他對光學檢測、全息技術和LAM創刊的見解。接下來，請跟隨我們的訪談一同走近這位“全息騎士”。

Wolfgang Osten教授1979年在耶拿大學獲得物理學碩士與學士學位。1979-1991年，他在柏林科學院的研究所工作，從事相干計量學、數字圖像處理和機器視覺方面的研究。1983年，他獲得了馬丁-路德大學哈雷-維滕貝格分校的博士學位，其論文研究涉及全息干涉測量領域。1991-2002年，他加入不來梅應用光束技術研究所（BIAS），成立并領導光學三維計量學系。2002年9月-2018年10月，他擔任斯圖加特大學的全職教授和應用光學研究所主任。2006-2010年，他擔任斯圖加特大學副校長，負責研究和技術轉讓。他的研究工作主要是通過結合現代光學計量學、傳感技術和數字圖像處理，研究工業檢測和計量的新概念，側重開發用于增強微納米結構分辨率的技術。Wolfgang Osten教授是OSA、SPIE、EOS 和SEM的會士以及IEEE的高級會員。他是深圳大學的榮譽教授，德國伊爾梅瑙科技大學的榮譽博士，他還獲得2011年國際光學工程學會SPIE的Dennis Gabor獎，2018年SPIE的Rudolf Kingslake獎，2019年SPIE的Chandra Vikram獎，和2019年OPTICA的Emmeth Leith獎等多個重要獎項。

采訪嘉賓：Wolfgang Osten（斯圖加特大學）

采訪人：丁帥

原文信息：Ding, S. “Metrology is a key component of the industrial value-added chain”: an interview with Prof. Wolfgang Osten. Light Sci Appl 11, 278 (2022).

https://www.nature.com/articles/s41377-022-00965-8

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Q：據我所知，您從20世紀70年代末就開始從事工業檢測和計量工作，這也成為您學術生涯主要的工作。您能否分享一下讓您對這個領域的研究產生興趣的原因？

A：是的，我在耶拿弗里德里希-席勒大學學習物理學時，我們主要學習解決實際問題。在這種情況下，所有的學生都必須完成工業實習，在那時我學到了與工業伙伴合作的優勢，我可以幫助他們提高產品的質量。離開大學后，在柏林的前東德科學院工作的我繼續保持這種與工業界直接合作的方式。除了致力于雄心勃勃的學術研究，科學院各研究所的一個重要任務是為工業界提供科學支持。在這方面，科學院是東德工業的大型研究機構。我的畢業論文和我后來的研究都集中在光學計量和檢測方面。干涉測量和圖像處理是了解和改進產品功能和工藝的有力工具。工業生產中的各個領域對質量控制都有高度需求。這種需求，需要解決的問題的多樣性，以及與相關物理問題的密切聯系，一直激發著我對測量技術的迷戀。

—— 2 ——

Q：門捷列夫說過，“科學是從測量開始的”；“沒有測量，就沒有科學”。您能和我們分享一下您關于測量準確的重要性的見解嗎？

A：關于測量學的精彩說法很多，我再多給出一個例子，伽利略說：“有必要測量一切可以測量的東西，并嘗試使尚未測量的東西可以測量”。確實，測量的準確性是任何測量的一個重要特征。它讓我們了解我們的測量，并告訴我們關于被測對象的真相。然而，判斷準確性并不簡單。通常情況下，我們嘗試得到測量結果的不確定度或精確度。對于該特征的計算有很成熟的流程，一般由國家標準研究所控制，比如中國計量科學研究院（NIM），美國的NIST和德國的PTB，還有一個國際公認的準則來表達測量的不確定性——GUM準則[2]。

—— 3 ——

Q：光學檢測技術在上個世紀一直在不斷革新，您認為目前檢測設備的最新挑戰有哪些？展望未來十年甚至下個世紀，光學檢測的主要挑戰和機遇又有哪些？

A：確實，檢測技術有著悠久的歷史。我前面提到伽利略的例子。然而，產品越來越復雜，負責其功能的關鍵結構持續小型化，特別是在納米和半導體技術中產生了新的挑戰，需要加以掌握，以保證未來產品的質量。最大的挑戰之一就是提高光學測量的分辨率。不幸的是，光學原理在這里有明顯的物理限制，需要很多措施來克服這些棘手的限制。特別是實施有效的進程，以在擴展的功能表面上提供高分辨率和高精度的測量是一項挑戰，這給了我們未來幾年足夠的工作。另一個有趣的話題是有機材料檢測過程中發生的散射、吸收、半透明現象。這種測量對象常見于醫療領域，例如，應用在手術中識別組織特性，可以可靠地區分惡性和良性組織。

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Q：2006年到2010年，您在斯圖加特大學擔任負責研究和技術轉讓的副校長。相信您與工業界有著密切的聯系。從您的角度來看，同一技術的基礎研究和工業應用之間最大的區別是什么？如何有效地建立從科學研究到工業應用的橋梁？

A：最大的區別在于，工業界不僅要求發表論文。工業界正在尋找實用且可經檢驗的結果，這些結果可用于直接改進制造工藝，從而制造更多產品。當然，對工藝、整個產品的功能和其決定性部件的深刻的物理和技術理解是所有實際應用和檢驗的基礎。然而，對于工業界的合作伙伴來說，當它被證明是有效的時候，真理的證明就完成了。我喜歡W.E. Deming說的那句話，“我們無理由相信上帝，但所有其他人必須用數據證實自己！”前面所提到的建立基礎研究與工業應用的橋梁是很難建造的。但在德國，我們在德國聯邦教育和研究部組織的合作研究方面取得了非常好的經驗。這種項目是通過學術研究人員和來自工業界的專家之間的緊密合作發生的。這在德國已經是一個長期有效的措施，并且早已預測到了幾年前美國人“發明”的“開放式創新”。

圖1：2017 年Wolfgang Osten教授與白雨虹教授、司徒國海教授等到深圳大學彭翔教授課題組訪問

圖2：2018年國家自然科學基金委員會和德國研究協會支持的深圳大學和斯圖加特大學聯合計算成像研究中心開幕

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Q：根據歐盟工業5.0的說法，工業5.0的新概念提供了一個工業愿景，其目的是超越效率和生產力作為唯一目標，加強工業對社會的作用和貢獻。它將如何改變或影響我們的生活？

A：工業4.0是一項支持現代工業生產中廣泛實施數字技術的措施。因此該計劃的重點是針對提高歐洲工業的競爭力和效率。新的倡議，即工業5.0，有著完全不同的方法。工業5.0提供了一個工業的愿景，它超越了效率和生產力的唯一目標，注重加強工業對社會的作用和貢獻。它將工人的福祉置于生產過程的中心，利用新技術提供就業和增長之外的繁榮，同時尊重地球的生產極限。這是一個嚴格的范式變化。不是產品處于所有活動的中心，而是生產者和顧客分別處于中心。我認為，這種變化是邊界條件改變的結果，整個人類面臨著新的挑戰。氣候變化、環境污染、資源匱乏、社會老齡化、基礎設施老化、世界范圍內的福利和財富分配不均等等，我真的希望這不僅僅只是空話，而是真正的有助于范式變化、在我們對生活的真正品質的理解上起到一種改變游戲規則的作用，如完整的環境、良好和穩定的社會結構、每個人的安全和健康生存，以及我們星球的資源的公平分配。

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Q：您贏得了許多國際獎項，如Dennis Gabor獎、Rudolf Kingslake獎、Chandra Vikram獎和Emmeth Leith獎。這些獎項對您意味著什么？

A：對我來說，它們的意義不在于多少，而在于我尊敬的同事們對我取得的成果持相當積極的看法。

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Q：在您的職業生涯中，您培養了許多博士生，指導他們的工作，并在他們在研究之初失去信心和懷疑自己的時候為他們指明方向。您對學生和年輕研究人員有什么建議嗎？

A：這是個非常復雜的問題，沒辦法提供普適的秘訣。但是在所有的學生交流過程中，對我來說最重要的是努力找到一個簡單問題的答案：“你的研究目標是什么，在你做了這么多努力之后，你希望最終實現什么？”這對我來說意味著有力動機的重要性。當這一點明確后，實現這一目標的方法往往就很明確了。

圖3：2008年南京理工大學訪問，Wolfgang Osten教授與南京理工大學的車文荃教授和馬駿博士合影。

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Q：您是在中國長春舉行的2019年Light會議的聯合主席。您對每年的 Light 會議等活動有什么期待？在2022年Light會議周系列學術活動（慶祝Light十周年），我們應該給觀眾帶來什么？

A：2022年已經快結束了，或許我們可以考慮一下2023年？對我來說，國際會議更深層次的意義在于加強來自不同國家的科學家之間的溝通和理解，更多的是來自不同文化背景的科學家。我們稱之為多樣性，它使我們的社會聯系更加豐富。公開交流新的發現和想法是保護我們共同的星球，為所有人創造和平環境的最佳方式。從這個意義上說，我在Light會議上的經歷是非常美好的。組織者創造的氣氛非常開放、友好和激勵。與年輕的中國科學家的接觸非常愉快，他們的研究水平不斷提高。然而，2019年的會議過去4年后的下一次會議或許將在一個已經發生巨大變化的世界中舉行，新冠疫情和日益加劇的國際緊張局勢將使組織一次具有上屆Light會議精神的聚會變得更加困難。因此，我們的共同目標是找到回歸常態的機會，建立一座橋梁，讓所有與會者感到他們受到歡迎，并被邀請使我們的研究成為共同的財富，為所有國家的健康、和平和繁榮做出貢獻。Light刊群可以在這個過程中發揮重要作用，作為一個外交官的身份，遠離經濟利益，致力于科學家之間的開放與和平交流。

圖4：Wolfgang Osten教授作為聯合主席在2019年Light會議上致歡迎辭

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Q：2019年，您接受了白雨虹教授的邀請，擔任Light姊妹刊LAM的創刊主編，從零開始建立這個新期刊。是什么機緣讓您愿意接受這個挑戰？您對這本新期刊有什么愿景和期望？

A：首先是我與長春光機所的工作人員在Light: Science & Applications雜志上合作的非常愉快的經驗，使我相信加入LAM項目會取得成功，我想在這里特別感謝白雨虹教授和郭宸孜博士的非常高效友好的合作。此外，LAM的理念與我的上述觀點相吻合：通過與工業界的卓有成效的合作，使科學為人們的利益服務。我們就LAM的獨特地位與已有的類似重點期刊相比進行了長時間的討論。我們發現LAM可以填補空缺，彌合在將技術推向市場方面經常存在的鴻溝。目前我們缺少一個在制造技術方面范圍更廣，但又明確專注于光子技術的期刊。所有這些過程都是在一個非常棒的氛圍中完成的，與LAM團隊的合作從一開始就令人滿意和高效。我希望我們能一起創造一個高質量的新技術期刊，在大量現有期刊中占據顯著的位置。對于衡量一個期刊的成功，有明確的指標，例如影響因子。但對我來說，優秀的同行選擇在LAM雜志發表他們的最新研究成果已是第一個積極的跡象。

圖5：Wolfgang Osten教授與出版商和組織者討論創辦LAM的問題

圖6：郭宸孜博士、白雨虹教授、Wolfgang Osten教授和顧敏院士在2017年慕尼黑激光及光電展覽會合照

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Q：到目前為止，您在創辦LAM時遇到的最大挑戰是什么？您認為一份好的期刊應該具備哪些特點？您建設LAM的戰略是什么？您認為辦刊最重要的事情是什么？

A：最大的挑戰是創造一個好的概念，并建立一個編委會，其成員不僅以其名字出現，而且為期刊的成功而積極工作，這樣才能很快一起成就這本期刊。一個好的期刊會激勵作者將它作為他們最喜歡的期刊來記錄他們科學研究的成功，好的期刊不需要做太多的廣告，但它的質量，特別是編輯部的支持和盡可能快的出版速度可以給人留下深刻印象。好的期刊總是讓作者相信，他們的文章不僅是為了期刊的利益，主要是為了他們自己的利益。我的策略是：在所有相關期刊的舞臺上為LAM爭取一個永久和公認的位置。最重要的是：讓作者始終覺得這個雜志是為他們服務的，同時也要有足夠的精力來進行長期運作，尤其在當下這種每天都有新的期刊誕生，現有期刊之間競爭激烈的情形下。

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Q：全息技術與激光原理的結合，為光學成像、信息處理、計量學等領域的大量新技術和新應用打開了一扇新的大門。2021年，您在Light: Advanced Manufacturing雜志上發起了 "慶祝全息技術應用60周年”的專刊。此外，您還為該文集撰寫了一篇綜述，總結了全息無損檢測（HNDT）和實驗應力分析的55年[3]。這項技術的特殊意義是什么？您認為它在未來將如何發展？

A：全息技術對HNDT的特殊意義能在特刊的序言和提到的文章中找到清楚的解釋。全息技術為研究各種具有功能性表面的物體打開了大門。這種機會在經典干涉測量法中是非常有限的，因為經典干涉測量法的優勢在于研究具有光滑表面的物體的形狀，如透鏡和反射鏡。HNDT擴大了干涉測量技術的應用范圍，超越了這一有限的應用。它能夠用于研究真實的工業產品對任何人工或操作負載的反應。例如監測火車通過時大橋的振動，監測汽車發動機的振動行為，以及發動機工作時整個車體的發聲。只有這樣，我們才能看到我們聽到的東西。關于未來，另一句話告訴我們，“未來是開放和混亂的”。然而，我對全息技術在創造新產品和解決具挑戰性的實際問題持樂觀態度。全息技術和相關技術，如散斑技術，在各個領域逐漸被接受。簡單舉幾個例子，超越傳統立體原理的真實三維屏幕的實現，作為保護者的寶貴工具對文化遺產和藝術品進行最小限度的侵入性研究，對大型設施的材料弱點、腐蝕和內部故障的檢查。然而，正如Charles Vest在40年前為美國國家標準局所做的鼓舞人心的研究中提到的那樣[4]，該技術在被接受為可靠的測量和檢查工具之前仍然面臨著一系列的挑戰。特別是在流水線工作的性能，意味著不是在特殊的實驗室條件下而是在制造過程中工作的能力。工業界進一步的需求是提高對環境干擾的穩定性，改善用戶友好性和提高分辨率，以及研究體散射和半透明材料的性能。最近有一篇不錯的文章，其中列出了許多未來的潛在方向[5]。所有這些愿望的實現都會為未來的研究提供足夠的支撐。

圖4：慶祝全息技術應用60周年的特刊封面

| References |

1. Ferreras Paz, V., Peterh?nsel, S., Frenner, K. & Osten, W. Solving the inverse grating problem by white light interference Fourier scatterometry. Light Sci Appl 1, e36 (2012).

2. ISO/IEC GUIDE 98-3:2008 Uncertainty of measurement — Part 3: Guide to the expression of uncertainty in measurement (GUM:1995) 

https://www.iso.org/standard/50461.html

3. Wolfgang Osten, Giancarlo Pedrini. 55 Years of Holographic Non-Destructive Testing and Experimental Stress Analysis: Is there still Progress to be expected?[J]. Light: Advanced Manufacturing 3, 8(2022).

4. Vest, C. M. Holographic NDE – Status and Future. (Study for Office of Nondestructive Evaluation of the National Bureau of Standards, 1981).

5. Javidi, B. et al. Roadmap on digital holography [Invited]. Optics Express 29, 35078-35118, doi: 10.1364/OE.435915 (2021).

https://doi.org/10.1364/OE.435915

| Light科學編輯 | 

丁帥，工學博士，就職于中國科學院長春光學精密機械與物理研究所（長春光機所）Light學術出版中心，現任長春光機所Light學術出版中心總編助理、卓越計劃高起點新刊 Light: Advanced Manufacturing主編助理、卓越計劃領軍期刊 Light: Science & Applications科學編輯。作為項目聯系人，組織LAM卓越行動計劃-高起點項目和廣東省高水平英文期刊項目申報并成功獲批;組織LAM DOAJ數據庫申報工作并成功收錄。曾在科研一線工作近五年，作為項目分系統負責人參與多項科研項目，發表SCI、EI等多篇學術文章；期間，全程深度參與XX項目的國家科技進步一等獎申報工作并參加人民大會堂舉辦的頒獎典禮。曾榮獲中國科協優秀論文編輯表彰、中科院長春分院“優秀共產黨員”、中科院長春光機所“優秀共產黨員”、中科院長春光機所第三屆先進個人、中科院長春光機所b類人才計劃、中科院長春光機所優秀成果獎等獎項。

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